[发明专利]一种机械力对骨影响的研究方法

说明书

本发明涉及一种机械力对骨影响的研究方法，该方法由机械力抵御流失方法和机械力促进骨形成方法构成；其中机械力抵御流失方法，包括以下步骤：⑴配制酸性模拟体液；⑵制备离体骨样本；⑶将离体骨样本固定在机械力装置内并注入酸性模拟体液，然后施加机械力，进行X射线晶体衍射技术分析、谢乐公式计算磷灰石晶体的平均晶粒大小；机械力促进骨形成方法，包括以下步骤：①配制细胞营养液；②制备成骨细胞样本；③将成骨细胞样本固定在机械力装置内并注入细胞营养液，然后施加机械力，提取mRNA、蛋白检测骨形成相关因子的表达水平。本发明操作容易，能够通过计算机控制机械力的施加频率和施加时间，在体外实时观测机械力对骨样本精细结构的影响。

技术领域

本发明涉及骨研究技术领域，尤其涉及一种机械力对骨影响的研究方法。

背景技术

宇航员在太空环境中会遭遇严重的骨丢失，其主要原因是失重条件下骨组织缺少地球引力的刺激所导致的骨流失率大于骨形成率。人在因病卧床或缺乏运动时也会产生骨流失，而举重、跑步等运动产生的冲击力则能够提高骨密度。这些现象都表明力在抵御骨流失和促进骨形成方面具有重要的作用。

德国医学博士Wolff很早就提出了骨骼的机械应变定律，表述为：骨骼的功能是承受活动期间骨组织的机械应变，并具有适应这些功能需要的能力。骨骼的生长会受到力学刺激影响而改变其结构，用之则强，废用则弱。通过X射线晶体衍射技术对骨骼的主要组分-胶原纤维和磷灰石晶体进行精细观测，发现胶原纤维的铺展规律对密质骨的局部应力与应变关系具有重要影响，并且人体骨骼磷灰石晶体的晶粒在0~30岁时比30~80岁时大5~7nm，表明成年后逐渐增加的骨流失能使晶粒变小。此外，成骨细胞的成骨因子RUNX2 和BMP-2能够参与多种细胞因子形成的信号通路，促进成骨性分化和骨基质的合成与分泌，与骨形成密切相关。

人们在力对骨骼的影响方面已经开展了大量的研究。如Souza（Bone, 2005, 37:810-818）等人于2005年以小鼠为实验对象，利用一套带护垫的小杯研究了机械压力对活体骨的影响，发现机械压力促进了小鼠胫骨皮质骨的重建，表明适当的机械压力能够促进骨形成。但是，活体条件下研究骨骼具有很大的局限性，只能通过骨密度测量仪和尿液、粪便中钙离子浓度的变化粗略地观测骨骼的变化并估算钙的吸收量和排放量，很难跟踪骨组织和骨细胞的精细变化过程。因此，研究机械力对骨影响的方法从体内转向体外。Sun（Bone,2012, 50: 581-591）等人于2012年利用固定在光学显微镜上的机械拉力装置实现了离体骨的实时监测，发现机械拉力可以诱导钙离子从骨基质中流出，并刺激成骨细胞的生长，但是这项研究中的装置设计结构复杂、不易实现，既没有涉及机械力在抵御骨流失中的作用，也没有涉及人类活动中经常受到的压力和冲击力对骨骼精细结构的影响。同时，常用的二维平面细胞培养技术很难将机械力传递到成骨细胞，是体外观测机械力对成骨细胞影响的瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单的机械力对骨影响的研究方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种机械力对骨影响的研究方法，其特征在于：该方法由机械力抵御流失方法和机械力促进骨形成方法构成；其中

所述机械力抵御流失方法，包括以下步骤：

⑴配制酸性模拟体液：